基于組合賦權(quán)-云模型的炮彈公路運輸安全評估研究

王巍，姚愷

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，河北 石家莊 050003)

炮彈公路運輸是彈藥保障的重要內(nèi)容，也是影響彈藥安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于炮彈自身所具有的危險屬性，在公路運輸過程中容易受到外界環(huán)境刺激而發(fā)生火災(zāi)、爆炸、炮彈跌落等嚴重安全事故。因此，在進行炮彈公路運輸前開展全面、科學(xué)的安全評估工作具有重要現(xiàn)實意義。

目前，我國彈藥安全評估研究主要集中在彈藥庫房安全、裝卸載、彈藥處廢系統(tǒng)、彈藥維修等方面，所采用的評估方法主要為改進灰色評價法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、熵權(quán)模糊綜合評判、梯形模糊綜合分析法等[1-5]。雖然針對彈藥安全評估的研究已有很多，但在炮彈公路運輸安全評估方面仍缺少深入研究?，F(xiàn)有評估方法在安全指標權(quán)重確定、模糊和不確定性因素量化等方面還不完善，評估結(jié)果受主觀因素影響較大。為此，構(gòu)建炮彈公路運輸安全評估指標體系，引入組合賦權(quán)-云模型方法進行安全評估，能夠使評估內(nèi)容更加全面，權(quán)重確定更加合理，指標量化更加科學(xué)，評估結(jié)果更符合實際。

1 安全評估指標體系構(gòu)建

炮彈公路運輸安全評估指標的選擇和指標體系的構(gòu)建是一個復(fù)雜的過程，選擇內(nèi)容對評估結(jié)果的準確性和客觀性有著直接影響。在遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、獨立性和可操作性的基礎(chǔ)上，確立安全評價指標體系建立流程，如圖1所示。

在綜合考慮GJB 3493—1998 軍用物資運輸環(huán)境條件、部隊實際和現(xiàn)有研究[6]的基礎(chǔ)上，依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)、客觀全面、準確合理的原則，從以下5個方面對炮彈公路運輸安全評價指標進行選擇：

1)人員因素。在參與炮彈運輸?shù)母黝惾藛T中，駕駛員是運輸過程中最為活躍的因素，其對運輸安全的影響主要表現(xiàn)在專業(yè)技能、駕駛經(jīng)驗、身體和心理素質(zhì)以及安全意識4個方面。

2)車輛因素。對于基層部隊來說，以東風(fēng)系列和解放系列為代表的軍用運輸車輛是進行炮彈公路運輸?shù)闹饕d體，其主要影響因素包括車輛自身的安全性能、技術(shù)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特性3個方面。

3)彈藥因素。炮彈自身的安全屬性是運輸安全的內(nèi)在原因，主要包括引信種類、主裝藥、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標和勤務(wù)要求、彈藥包裝、規(guī)定運輸速度等。

4)環(huán)境因素。環(huán)境因素是影響公路運輸安全的外在條件，特別是在運輸速度、道路狀況、天氣情況等因素的疊加作用下，彈藥所受沖擊和振動作用會明顯加劇[7]，影響了彈藥運輸安全。

5)管理因素。好的管理制度可以有效化解軍地雙方不同部門間的管理矛盾，提升彈藥運輸安全的管理水平。其主要內(nèi)容包括規(guī)章制度、管理水平、安全培訓(xùn)和應(yīng)急處置4個方面。

炮彈公路運輸安全評估指標體系如圖2所示。

2 基于組合賦權(quán)的安全評價指標權(quán)重

為避免單一賦權(quán)方法無法兼顧主觀經(jīng)驗與客觀信息的問題[8]，炮彈公路運輸安全評估指標的權(quán)重主要采用基于層次分析法和熵權(quán)法的主客觀組合賦權(quán)方法進行賦權(quán)。

2.1 層次分析法確定指標權(quán)重

作為傳統(tǒng)的主觀賦權(quán)方法，層次分析法在應(yīng)用過程中產(chǎn)生了多種標度方法，為使炮彈公路運輸安全評估指標的相互比較更加清晰，在標度方法上采用了更易進行邏輯判斷的5標度法[9]。構(gòu)造判斷矩陣B：

B=[bij]n×n，

(1)

式中，bij為炮彈公路運輸安全評估指標i與指標j相比的重要性。當(dāng)i=j時，bij=1，bij>0且滿足bij×bji=1。

根據(jù)式(1)所示判斷矩陣，通過方根法[10]計算判斷矩陣的特征根與特征向量，而后分別確定層次單排序、層次總排序及一致性檢驗，得到主觀權(quán)重wjz=(wjz1,wjz2,…,wjzn)。

2.2 熵權(quán)法確定指標權(quán)重

熵主要用來表示系統(tǒng)的無序程度，能夠代表各個指標在實際問題中提供信息量的多少，是一種將評價指標所含信息進行量化與綜合的賦權(quán)方法。作為一種客觀賦權(quán)方法，熵權(quán)法可以有效降低炮彈公路運輸安全評估過程中主觀因素對評估結(jié)果的影響。通過對判斷矩陣進行歸一化處理，得到標準化矩陣：

(2)

式中：Z為標準化后的矩陣；zij為歸一化矩陣中的元素；bij為層次分析法中構(gòu)造的判斷矩陣元素。

(3)

(4)

2.3 組合權(quán)重確定

通過組合賦權(quán)法確定評價指標組合權(quán)重，能夠把主客觀賦權(quán)法有機地結(jié)合起來，使組合權(quán)重更接近炮彈公路運輸安全評估的實際情況。根據(jù)文獻[11]和文獻[12]給出的方法，設(shè)組合權(quán)重為wj，由層次分析法所得權(quán)重為wjz，由熵權(quán)法所得權(quán)重為wjk，設(shè)兩者的距離函數(shù)為d(wjz，wjk)，其表達式為

(5)

組合權(quán)重wj表達式為

wj=αwjz+βwjk，

(6)

式中：α為主觀權(quán)重對應(yīng)系數(shù)；β為客觀權(quán)重對應(yīng)系數(shù)，并且滿足相應(yīng)約束條件：

(7)

通過求解系數(shù)α和β，可得到炮彈公路運輸安全評估指標權(quán)重wj。

3 彈藥公路運輸安全評估模型構(gòu)建

3.1 云模型

云模型是李德毅于上世紀90年代首次提出的進行定性與定量相互轉(zhuǎn)換的模型[13-15]。該模型對于處理炮彈公路運輸安全評估中的不確定性因素具有較好的適用性，通常以期望Ex、熵En和超熵He這3個基本數(shù)字特征表示系統(tǒng)包含的信息。云模型數(shù)字特征示意圖如圖3所示。

3.2 確定標準云

結(jié)合部隊運輸實際和以往評估經(jīng)驗，可將炮彈公路運輸安全評估結(jié)果劃分為低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險和高風(fēng)險5個等級。每一等級區(qū)間[xmin，xmax]的云參數(shù)計算公式[16]為

(8)

式中，K為常數(shù)，通常取0.1。

3.3 云模型構(gòu)建

邀請n位專家組成員根據(jù)炮彈公路運輸安全評價標準進行評價，并運用逆向云發(fā)生器，確定各指標的云模型數(shù)字特征，算法如下：

(9)

根據(jù)組合賦權(quán)結(jié)果，通過綜合云算法[17-18]。可計算出上一層指標云模型數(shù)字特征：

(10)

式中：Ex、En、He為上一層指標云模型數(shù)字特征，n為對應(yīng)下一層指標個數(shù)，Exj,Enj,Hej(j=1,2,…,n)為相應(yīng)下層云模型數(shù)字特征。根據(jù)上述兩式可計算出頂層指標云模型數(shù)字特征。

4 炮彈公路運輸安全評估實例應(yīng)用

4.1 炮彈公路運輸任務(wù)基本情況

在某次彈藥調(diào)撥任務(wù)中，計劃對60箱某型炮彈實施公路運輸。該型炮彈外包裝采用木質(zhì)包裝，內(nèi)包裝為包裝筒，每箱6發(fā)，彈藥質(zhì)量為堪用；運輸車輛采用東風(fēng)系列運輸車，具備防雨篷布、副擋板，車況良好；運輸路線途徑京昆高速，合計里程約200 km。

4.2 炮彈公路運輸安全評估計算

為驗證上述基于組合賦權(quán)-云模型的評估方法在炮彈公路運輸安全評估中的有效性，以某次彈藥調(diào)撥任務(wù)為評價對象，邀請部隊及院校專家，對其進行安全評估。

4.2.1 確定權(quán)重指標

根據(jù)層次分析法與熵值法步驟分別確定彈藥公路運輸安全評價指標主觀與客觀權(quán)重。再由式(5)和式(7)計算得出主觀權(quán)重系數(shù)α=0.445，客觀權(quán)重系數(shù)β=0.555。權(quán)重計算結(jié)果如表1所示。

表1 評價指標權(quán)重計算結(jié)果

4.2.2 構(gòu)建標準云模型

結(jié)合以往彈藥公路運輸經(jīng)驗和任務(wù)實際，將各等級風(fēng)險劃分區(qū)間設(shè)定為(90，100]，(80，90]，(60，80]，(40，60]，(0，40]，K取0.1。根據(jù)式(8)計算出每一等級區(qū)間的云參數(shù)，評估等級及標準云如表2所示。

表2 評估等級及標準云

通過MATLAB編程，運行后得到各評價等級標準云圖，如圖4所示。

4.2.3 確定評價云

經(jīng)過專家組對某次炮彈運輸安全評價打分，根據(jù)式(9)依次得到各評價指標云模型參數(shù)，如表3所示。

表3 評價指標云模型參數(shù)

4.2.4 安全風(fēng)險綜合評價

通過式(10)將各評價指標進行計算后，最終得出彈藥公路運輸安全評價綜合云模型數(shù)字特征C=(80.600，0.939，0.249)，將綜合評價云與標準云圖疊加后得到綜合評價云圖，如圖5所示。從圖5中可以看出紅色的綜合評價云滴大部分分布于“較低風(fēng)險”區(qū)間，其余少數(shù)分布于“中等風(fēng)險”區(qū)間，因此綜合評價云與“較低風(fēng)險”更加接近，即此次彈藥公路運輸安全綜合評價為“較低風(fēng)險”。

4.3 安全評估結(jié)果及分析

雖然此次炮彈公路運輸任務(wù)風(fēng)險評價等級為較低風(fēng)險，但通過表2中各評價指標云模型參數(shù)可以看出，在該次彈藥公路運輸任務(wù)中，車輛安全性能、結(jié)構(gòu)特性、彈藥包裝、道路狀況、天氣因素、安全培訓(xùn)等方面期望值偏低，需要采取相應(yīng)措施進一步完善和改進。

4.4 安全預(yù)防及改進措施分析

根據(jù)評估結(jié)果，為降低炮彈公路運輸事故發(fā)生的可能性，可通過采取有針對性的預(yù)防和控制措施，提高運輸安全水平。

1)嚴格車輛安全檢查。參與運輸任務(wù)車輛在整體安全水平、技術(shù)狀態(tài)、維護保養(yǎng)等方面未能達到較好的狀態(tài)，間接影響了炮彈運輸安全，存在一定風(fēng)險隱患。因此在開始執(zhí)行運輸任務(wù)前，應(yīng)由專人對運輸車輛進行全面的安全檢查，確保車輛關(guān)鍵部件使用的可靠性和安全性，將車輛安全隱患消除在準備階段。

2)檢查包裝狀態(tài)，規(guī)范炮彈裝載。根據(jù)該型炮彈包裝形式及包裝材質(zhì)，在進行裝載時應(yīng)逐一檢查其包裝狀態(tài)，確保包裝完好、安全有效。同時按要求進行堆碼，并采取捆綁、加固等措施，降低炮彈跌落事故發(fā)生的可能性，提高運輸安全性。

3)科學(xué)規(guī)劃運輸路線及時間。在路線選擇上，原有路線部分路段存在道路施工、路面劇烈顛簸等風(fēng)險因素，因此在開展運輸任務(wù)前，應(yīng)提前規(guī)劃運輸路線、勘察道路情況，避免公路等級低、路面條件差、交通擁堵、人員密集路段。在運輸時間上，也應(yīng)避免雨雪冰凍以及大霧等惡劣天氣運輸，降低不利天氣對運輸安全的影響。

4)開展駕駛員安全培訓(xùn)。參與該次運輸任務(wù)的駕駛員雖然在駕駛技能、駕駛經(jīng)驗、心理素質(zhì)等方面表現(xiàn)較好，但對于該型炮彈基本情況了解不多，針對性的安全培訓(xùn)參與不夠。因此在運輸任務(wù)準備階段，應(yīng)增加駕駛員安全培訓(xùn)內(nèi)容，學(xué)習(xí)相關(guān)管理規(guī)定、彈藥安全基本知識及突發(fā)情況的處理方法等內(nèi)容，以減少炮彈公路運輸事故發(fā)生的可能性，提升運輸安全水平。

5 結(jié)束語

筆者以炮彈公路運輸安全評估為研究對象，針對評估過程中單一賦權(quán)方法無法兼顧主觀經(jīng)驗與客觀信息的問題進行了探討，選擇炮彈公路運輸安全評估指標，構(gòu)建了安全評估指標體系，提出運用組合賦權(quán)-云模型的方法對炮彈公路運輸過程進行安全評估。通過實例驗證，得出了某次炮彈公路運輸任務(wù)的安全水平，分析了該次任務(wù)中影響炮彈公路運輸安全的主要因素，并針對分析結(jié)果給出了提高運輸安全的意見和建議。研究表明，該方法所得結(jié)果與部隊實際情況基本相符，能夠較好地反應(yīng)評價對象的安全水平，可行性、操作性較強，能夠為制定安全防范措施、降低炮彈公路運輸風(fēng)險提供一定理論支撐。